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マウスが壁際を好み、高所を避けるという性質を利用した不安様行動のテスト。自発的交替課題を行うためのＹ字迷路を高架式にし、壁を持つアーム（クローズドアーム）と壁のないアーム（オープンアーム）を組み合わせ、それぞれのアームへの進入回数から不安様行動を評価した<ref name=ref23><pubmed>13252152</pubmed></ref>ものが原型となっている。その後、装置や測定指標の改良を経て、1985 年にPellow らが高架式十字迷路テストとして発表した<ref name=ref24><pubmed>2864480</pubmed></ref>。高架式十字迷路では、クローズドアームとオープンアームとを十字に組み合わせた迷路にマウスを置き自由に探索させ、それぞれのアームに滞在していた時間や入った回数、移動距離などを測定する<ref name=ref25><pubmed>19229173</pubmed></ref>。アームへの進入回数およびアーム上の滞在時間を絶対値のまま指標とするとこれらの値は活動性に影響を受けやすいので、オープンアームに対する数値とクローズドアームに対する数値とで比をとって指標にすることが多い。オープンアームに対する進入回数および滞在時間が増加していれば不安様行動の低下が、逆にそれらが低下していれば不安様行動の増加が示唆される。高架式十字迷路テストで測定される不安様行動は、[[ベンゾジアゼピン]]系抗不安薬や[[アドレナリン]][[α受容体]]関連薬物などの薬剤に対する反応性から妥当性が[[行動薬理学]]的に示されている<ref name=ref24 /> <ref name=ref26><pubmed>3110839</pubmed></ref>。その他にも、オープンアーム滞在中の血中[[コルチコステロン]]濃度の上昇<ref name=ref24 /> <ref name=ref27><pubmed>7862873</pubmed></ref>や脱糞の増加<ref name=ref24 />などの生理学的指標の変化も報告されている。このため、高架式十字迷路テストは、[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]]における不安に類似した行動を評価していると考えられており、 抗不安薬のスクリーニングによく使われている<ref name=ref28><pubmed>6149466</pubmed></ref>。 | マウスが壁際を好み、高所を避けるという性質を利用した不安様行動のテスト。自発的交替課題を行うためのＹ字迷路を高架式にし、壁を持つアーム（クローズドアーム）と壁のないアーム（オープンアーム）を組み合わせ、それぞれのアームへの進入回数から不安様行動を評価した<ref name=ref23><pubmed>13252152</pubmed></ref>ものが原型となっている。その後、装置や測定指標の改良を経て、1985 年にPellow らが高架式十字迷路テストとして発表した<ref name=ref24><pubmed>2864480</pubmed></ref>。高架式十字迷路では、クローズドアームとオープンアームとを十字に組み合わせた迷路にマウスを置き自由に探索させ、それぞれのアームに滞在していた時間や入った回数、移動距離などを測定する<ref name=ref25><pubmed>19229173</pubmed></ref>。アームへの進入回数およびアーム上の滞在時間を絶対値のまま指標とするとこれらの値は活動性に影響を受けやすいので、オープンアームに対する数値とクローズドアームに対する数値とで比をとって指標にすることが多い。オープンアームに対する進入回数および滞在時間が増加していれば不安様行動の低下が、逆にそれらが低下していれば不安様行動の増加が示唆される。高架式十字迷路テストで測定される不安様行動は、[[ベンゾジアゼピン]]系抗不安薬や[[アドレナリン]][[α受容体]]関連薬物などの薬剤に対する反応性から妥当性が[[行動薬理学]]的に示されている<ref name=ref24 /> <ref name=ref26><pubmed>3110839</pubmed></ref>。その他にも、オープンアーム滞在中の血中[[コルチコステロン]]濃度の上昇<ref name=ref24 /> <ref name=ref27><pubmed>7862873</pubmed></ref>や脱糞の増加<ref name=ref24 />などの生理学的指標の変化も報告されている。このため、高架式十字迷路テストは、[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]]における不安に類似した行動を評価していると考えられており、 抗不安薬のスクリーニングによく使われている<ref name=ref28><pubmed>6149466</pubmed></ref>。 | ||
明暗選択テストと高架式十字迷路テストはともに不安様行動を測定する代表的なテストである。それぞれのテストで測定される行動を引き起こしている要因には共通しているものがあるが、一方で異なる要因もあり、この2つのテストで得られる結果から推測される不安様行動の増減が常に同じ方向であるとは限らない。実際、遺伝子改変マウスの行動表現型では双方で不安様行動が低下あるいは亢進している場合もあるが、片方のテストでだけ不安様行動の増減が見られたり<ref name=ref29><pubmed>18958194</pubmed></ref> <ref name=ref30><pubmed>23060763</pubmed></ref>、あるいは2つのテストで不安様行動について一方のテストでは低下し、他方では増加しているといった逆方向<ref name=ref19 /> <ref name=ref31><pubmed>23268962</pubmed></ref>の[[表現型]]が得られることもある。 | |||
===うつ様行動=== | ===うつ様行動=== | ||
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逆さ向きに吊されたマウスが学習性無力感によって動かなくなることを利用したうつ様行動を測定するテスト。マウスを尻尾から逆さに吊るし、無動時間を測定する<ref name=ref33><pubmed>15890404</pubmed></ref>。吊されたマウスは脱出しようと動き回るが、次第に動かない時間が増えてくる。このテストでも抗うつ薬を投与すると無動時間が減少する<ref name=ref33 />ことから、無動時間の長さがうつ様行動の指標とされている。 | 逆さ向きに吊されたマウスが学習性無力感によって動かなくなることを利用したうつ様行動を測定するテスト。マウスを尻尾から逆さに吊るし、無動時間を測定する<ref name=ref33><pubmed>15890404</pubmed></ref>。吊されたマウスは脱出しようと動き回るが、次第に動かない時間が増えてくる。このテストでも抗うつ薬を投与すると無動時間が減少する<ref name=ref33 />ことから、無動時間の長さがうつ様行動の指標とされている。 | ||
先述した不安様行動テストの場合と同様に、うつ様行動を測定する代表的な2つのテストであるポーソルト強制水泳テストと尾懸垂テストでも、それぞれのテストで測定される行動の背景には共通の要因と個別に異なる要因とがある。そのため同じ遺伝子改変マウスに2つのテストを行った場合に、両方でうつ様行動の増減が同方向にみられる<ref name=ref34><pubmed>23300874</pubmed></ref>こともあれば一方ではうつ様行動が増加、他方では減少というように逆方向になることもある<ref name=ref31 />。ポーソルト強制水泳テストと尾懸垂テストは、ともに抗うつ剤の評価およびスクリーニングによく使われている。[[抗うつ薬]]の臨床における治療効果は、長期間の服用ではじめて得られるとされているが、ポーソルト強制水泳テストと尾懸垂テストを用いたこれらの薬剤のスクリーニングでは急性投与での効果のみが評価されているという問題が指摘されている<ref name=ref35><pubmed>11931738</pubmed></ref>。 | |||
===学習・記憶=== | ===学習・記憶=== | ||
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遺伝子改変マウスの表現型解析を行う場合において、バックグラウンド系統として現在よく使われているのは C57BL6/J という系統である。一方で遺伝子改変マウスの作製に用いられるES細胞には、最も早く[[ES細胞]]株が確立されたマウス系統である129由来のものが多く使用されていた<ref name=ref43><pubmed>7242681</pubmed></ref> <ref name=ref44><pubmed>6950406</pubmed></ref>。 | 遺伝子改変マウスの表現型解析を行う場合において、バックグラウンド系統として現在よく使われているのは C57BL6/J という系統である。一方で遺伝子改変マウスの作製に用いられるES細胞には、最も早く[[ES細胞]]株が確立されたマウス系統である129由来のものが多く使用されていた<ref name=ref43><pubmed>7242681</pubmed></ref> <ref name=ref44><pubmed>6950406</pubmed></ref>。 | ||
この129という系統から派生した亜系統（亜系統について次段落参照）では[[脳梁]]の形成不全が生じており、記憶・学習に障害があるとされたため<ref name=ref45><pubmed>7093694</pubmed></ref>、遺伝子改変マウスの行動を解析する際には多くの場合、遺伝的背景を129系 からC57BL6/J系統にする[[wikipedia:ja:戻し交配|戻し交配]] ([[wikipedia:ja:バッククロス|バッククロス]]) が行われている。実際、129系の亜系統のうち、129/J, 129/SvJ, 129/Sv では空間学習の成績低下が知られている<ref name=ref46><pubmed>10415403</pubmed></ref>。しかし、別の亜系統129S6/SvEvTac ではモリス水迷路や恐怖条件づけで測定される学習・記憶は正常であると報告されている<ref name=ref46 />。作業記憶についてもT迷路やＹ迷路を用いた自発的交替課題で129S2/SvHsd (129) とC57BL/6JOlaHsd との間で交替率（正答率）に大きな違いは見られない<ref name=ref47><pubmed>11423164</pubmed></ref>。その他にも、C57BL6/ | この129という系統から派生した亜系統（亜系統について次段落参照）では[[脳梁]]の形成不全が生じており、記憶・学習に障害があるとされたため<ref name=ref45><pubmed>7093694</pubmed></ref>、遺伝子改変マウスの行動を解析する際には多くの場合、遺伝的背景を129系 からC57BL6/J系統にする[[wikipedia:ja:戻し交配|戻し交配]] ([[wikipedia:ja:バッククロス|バッククロス]]) が行われている。実際、129系の亜系統のうち、129/J, 129/SvJ, 129/Sv では空間学習の成績低下が知られている<ref name=ref46><pubmed>10415403</pubmed></ref>。しかし、別の亜系統129S6/SvEvTac ではモリス水迷路や恐怖条件づけで測定される学習・記憶は正常であると報告されている<ref name=ref46 />。作業記憶についてもT迷路やＹ迷路を用いた自発的交替課題で129S2/SvHsd (129) とC57BL/6JOlaHsd との間で交替率（正答率）に大きな違いは見られない<ref name=ref47><pubmed>11423164</pubmed></ref>。その他にも、C57BL6/Jではプレパルス抑制が低いのに対して、129/SvEvTacや129/J、129/SvJは高いことが報告されている<ref name=ref48><pubmed>9266614</pubmed></ref>。 | ||
このように遺伝的背景が129系統であっても必ずしも表現型解析に問題が生じるわけではないのでC57BL6系へのバッククロスが必須というわけではないと考えられる。また、戻し交配を行う場合に注意すべきこととして、ドナー系統（もとの系統）の遺伝子の残存がある。C57BL6/Jによる戻し交配を6回経て生まれたマウスは、遺伝子の98.4%がC57BL6/J由来のものとなる。しかし、これは理論上の値であり、遺伝子型判定を行った上で遺伝子改変マウスを選別して戻し交配を行うのでターゲットとした遺伝子の周辺にはドナー系統の遺伝子が残存しており表現型に影響を与える可能性がある (隣接遺伝子効果, Flanking-gene effect) ので注意が必要である<ref name=ref49><pubmed>15364034</pubmed></ref>。現在ではC57BL6系統のES細胞株も確立されており、戻し交配を経ることなくC57BL6純系で遺伝子改変マウスを得ることができる<ref name=ref50><pubmed>17298852</pubmed></ref>。 | このように遺伝的背景が129系統であっても必ずしも表現型解析に問題が生じるわけではないのでC57BL6系へのバッククロスが必須というわけではないと考えられる。また、戻し交配を行う場合に注意すべきこととして、ドナー系統（もとの系統）の遺伝子の残存がある。C57BL6/Jによる戻し交配を6回経て生まれたマウスは、遺伝子の98.4%がC57BL6/J由来のものとなる。しかし、これは理論上の値であり、遺伝子型判定を行った上で遺伝子改変マウスを選別して戻し交配を行うのでターゲットとした遺伝子の周辺にはドナー系統の遺伝子が残存しており表現型に影響を与える可能性がある (隣接遺伝子効果, Flanking-gene effect) ので注意が必要である<ref name=ref49><pubmed>15364034</pubmed></ref>。現在ではC57BL6系統のES細胞株も確立されており、戻し交配を経ることなくC57BL6純系で遺伝子改変マウスを得ることができる<ref name=ref50><pubmed>17298852</pubmed></ref>。 | ||
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===結果の解釈における注意事項=== | ===結果の解釈における注意事項=== | ||
ある特定の行動を測定する場合、遺伝的背景・実験環境・目的の行動領域以外の行動異常など、その行動の測定結果に影響を及ぼす「混交要因」が必ず存在する。例えば、空間記憶のテストとしてよく用いられるモリス水迷路においては、水泳能力、視力、プラットフォームに登る動機づけの強さ、逃避戦略などが混交要因になり得る。例えばあるマウスの水泳能力が低い場合、モリス水迷路でそのマウスの成績が低下していても、その原因は記憶・学習の障害でなく水泳能力の低下である可能性がある。このような場合、モリス水迷路でそのマウスの空間記憶を評価することは困難であり、水泳能力を必要としない[[バーンズ迷路]]テストや8方向放射状迷路など別の実験で評価する必要がある。例えば、[[Neurogranin]]ノックアウトマウスは、モリス水迷路のhidden platform task においてプラットフォームが存在した領域を学習することはできなかったが、バーンズ迷路では逃避箱の存在した穴の位置を学習し、プローブテストにおいてその記憶を想起することができた<ref name=ref60><pubmed>11811671</pubmed></ref>。このマウスがモリス水迷路でプラットフォームの位置を学習することができなかった原因は、空間記憶の障害以外の要因である可能性が高い<ref name=ref60 />。このように、ある特定の行動を評価するためには、異なる混交要因をもつ複数のテストで行動の指標を測定し、評価しようとしている行動以外の影響をできるだけ小さくして総合的に判断しなければならない。行動実験によって得られた結果を解釈する際は、Morganによって提唱された「低次の心的な能力によって説明可能なことは、高次の心的な能力によって解釈してはならない」とするモーガンの公準 (Morgan's Canon)<ref name=ref61>'''Morgan, C. L.'''<br>An Introduction to Comparative Psychology.</ref>に従うことが推奨される。先の例で言えば、モリス水迷路で成績が悪かった場合において、水泳能力や視力の低下によって成績が低下していると解釈できるなら、空間記憶が障害されているという解釈には慎重になる必要がある。 | |||
==脳科学研究における行動テストバッテリーの役割== | ==脳科学研究における行動テストバッテリーの役割== | ||
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日本国内で行動テストバッテリーによるマウス解析を行っている施設としては、先述の藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 システム医科学研究部門および生理学研究所 行動・代謝分子解析センター 行動様式解析室のほか、[[wikipedia:ja:理化学研究所|理化学研究所]]、[[wikipedia:ja:国立遺伝学研究所|遺伝学研究所]]などがある。各施設で解析されたデータをまとめてデータベース化し、バイオインフォマティクス的な解析を可能にしようという試みがなされている<ref name=ref78>http://www.mouse-phenotype.org/ Mouse Phenotype Database</ref>。得られた大量のデータを解析することで、各種指標間の関係や環境パラメータの行動に与える影響などマウスの行動解析についての基礎的な知見が得られることが期待される。藤田保健衛生大学と生理学研究所では同一のプロトコルによってさまざまな遺伝子改変マウスが解析され、全て同じ形式でデータが蓄積されているため、得られたデータは容易に比較できる。しかし、異なる施設間では通常プロトコルが異なっており、さらにプロトコルの記述方法についても異なることが多いために、得られたデータの比較が難しいという問題がある。この問題を改善するためにプロトコルの記述方法の統一をする試みも進められている<ref name=ref57 />。 | 日本国内で行動テストバッテリーによるマウス解析を行っている施設としては、先述の藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 システム医科学研究部門および生理学研究所 行動・代謝分子解析センター 行動様式解析室のほか、[[wikipedia:ja:理化学研究所|理化学研究所]]、[[wikipedia:ja:国立遺伝学研究所|遺伝学研究所]]などがある。各施設で解析されたデータをまとめてデータベース化し、バイオインフォマティクス的な解析を可能にしようという試みがなされている<ref name=ref78>http://www.mouse-phenotype.org/ Mouse Phenotype Database</ref>。得られた大量のデータを解析することで、各種指標間の関係や環境パラメータの行動に与える影響などマウスの行動解析についての基礎的な知見が得られることが期待される。藤田保健衛生大学と生理学研究所では同一のプロトコルによってさまざまな遺伝子改変マウスが解析され、全て同じ形式でデータが蓄積されているため、得られたデータは容易に比較できる。しかし、異なる施設間では通常プロトコルが異なっており、さらにプロトコルの記述方法についても異なることが多いために、得られたデータの比較が難しいという問題がある。この問題を改善するためにプロトコルの記述方法の統一をする試みも進められている<ref name=ref57 />。 | ||
近年では、[[ゲノムワイド関連解析]] (GWAS, genome-wide association study | 近年では、[[ゲノムワイド関連解析]] (GWAS, genome-wide association study) により、疾患や行動特性に関連を示す遺伝子や[[遺伝子多型]]が報告されるようになった。ヒトの[[認知機能]]に対しても、知能テストや言語機能テストなどで構成されるような高次脳機能テストバッテリーが実施されており、ヒトの各種の脳機能とそれらに関連する遺伝子の情報が得られている<ref name=ref79><pubmed>19734545</pubmed></ref> <ref name=ref80><pubmed>21835680</pubmed></ref>。これらの遺伝子の欠損や変異を導入したマウスを作製すれば、ヒトには適用できない各種の解析手法を用いて当該遺伝子やその多型の機能的意義をより詳細に評価することができる。また、遺伝子工学の技術が発展したことにより、マウスだけではなくラット<ref name=ref81><pubmed>15057803</pubmed></ref>、そして霊長類である[[wj:サル|サル]]（[[マーモセット]]）においても遺伝子改変動物を作製することが可能となった<ref name=ref82><pubmed>22225614</pubmed></ref>。霊長類のように高等な動物の脳機能は、より人間に近いと考えられており、高次脳機能における遺伝子の機能をさらに詳しく明らかにできると期待されている。このような目的のために、今後はマウスだけではなく、これらの動物種にも適用できる行動テストバッテリーの開発と整備が望まれる。 | ||
==関連項目== | ==関連項目== | ||